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Wärmetauscher Die Erfindung bezieht sich auf einen Wärmetauscher
mit einem im wesentlichen aus ebenen Elementen aufgebauten Stapel, der den Wärmeaustausch
bewirkende,parallele getrennte Kanale hesit-zY, von denen jeweils zwei henachbarte
Kanäle vorzugsweise rechtwirlklig zueinander gerichtet sind.
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Üblicherweise sind derartige Wärmetauscher aus übereinander bzw.
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nebeneinander im Abstand geschichteten Platten aufgebaut, die zur
Bildung von getrennten Durchflußkanälen abwechselnd an den zueinander querveriufenden
Randbereichen abgedichtet sind (DT-OS 23 59 978). Die Herstellung eines derartigen
Wärmetauscherstapeis ist relativ aufwendig und zeitraubend, da zwischen jeweils
zwei benachbarten Platten ein Abstandhalter eingefUgt und jeder einzelne durch das
Aufeinanderschichten gebildete Kanal abgedichtet werden muß. Wird das Dichtmaterial
gleichzeitig als Abstandhalter verwendet, so müssen dennoch beider Herstellung Hilfsabstandhalter
eingesetzt werden, die erst nach dem Abbinden des Dichtmaterials wieder entfernt
werden können. Auch dies ist relativ aufwendig.
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Imine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Wärmetauscher
der eingangs genannten Art zu schaffen, dessen Tauscherstapel wesentlich einfacher
und schneller aufgebaut werden kann.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, daß die den Stapel bildenden Elemente
handelsilbliche) hohle, einstückig geformte Platten sind, deren etwa parallele Wände
durch Stege auf Abstand gehalten sind.
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Der erfindungsgemäße Wärmetauscher ist wesentlich schneller und einfacher
aufgebaut, da die verwendeten Elemente zumindest die parallelen Durchflußkanäle
des das eine Medium aufnehmenden Kanalsystems beinhalten. Da diese doppelwandigen
Platten einstückig geformt sind, ist auch bereits eine Abdichtung dieser Kanäle
nach außen gewährleistet. Aufgrund der die beiden Wände der einzelnen Platten auf
Abstand haltenden Stege ist es auch nicht mehr notwendig, im Bereich der Mitte von
großflächigen Platten zus,-itzliche Abstandhalter einzubauen. Da handelshliche Platten
,die aus der Verpackungstechnik bekannt sind und dort zum beispielsweise stofesten
Verpacken von Gegenständen verwendet werden, beim erfindungsgemäßen Wärmetauscher
Verwendung finden können und aufeinander geschichtet werden, ist der Stapel nicht
nur schnell aufgebaut, sondern darüber hinaus außerordentlich billig. Gegenüber
bekannten Wärmetauschern ist der erfindungsgemäße Wärmetauscher darüber hinaus auch
wesentlich leichter, da bei den ekannten Wärmetauschern die Platten eine gewisse
Eigensteifigkeit und damit Dicke aufweisen müssen, gegenüber der die Wand der erfindungsgemäß
verwendeten hohlen und in sich steifen Platten dnn ist. Diese dünnen Wände ermöglichen
ferner einen verbesserten Wärmeaustausch. Des weiteren ist der erfindungsgemäße
Wärmetauscher nicht nur in Bezug auf den Arbeitsaufwand ,sondern auch in Bezug auf
den Materialaufwand wesentlich billiger. Je nach dem verwendeten Kunststoff ist
bei einem solchen W'irmetauscherstapel von vornherein eine mehr oder weniger große
Eigeelastizität vorhanden, so daß zur Aufnahme eventueller Warmespannungen keine
gesonderten Maßnahmen getroffen werden müssen.
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Ein sehr einfacher Aufbau ergibt sich gemäß einer Ausführungsform
der Erfindung dann, wenn die Platten abwechselnd um 900 gegeneinander verdreht unmittelbar
aufeinanderliegen, da dann auch zwischen zwei benachbarten Platten keinerlei Abstands-
und
Dichtungsprobleme bestehen. Es werden dann die Kanäle T)eicler-Kanalsysteme
durch die handelsüblichen hohlen Platten gebildet. Bei einer anderen Ausführungsform
der Erfindung ist jedoch vorgesehen, die jeweils einen Kanal entlaltenden Platten
eines Stapels gReichzurichten und zwischen je zwei benachbarten Platten leistenfrmige
Abstandhalter anzuordnen, die quer zum Kanal der Platten verlaufen.
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Dies bedeutet, daß die Kanäle des einen Kanalsystems durch 4ie hohlen
Platten und die quer dazu verlaufenden Kanäle des anderen Kanal systems von den
beiden einander zugewandten Wänden zweier benachbarter Platten gebildet sind. Dabei
können die Abstandhalter, die an den Randbereichen angeordnet sind, gleichzeitig
zur Abcìichtung der Kanäle nach außen und damit gegenüber den anderen Kanäle verwendet
werden. Die Abstandleisten sind bevorzugt ebenfalls Itohl und zweckmäßigerweise
mit den Platten einstückig, beispielsweise durch Spritzen, Strangpressen oder dergleichen
hergestellt.
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Es versteht sich, daß die Abstandleisten auch gesondert aus Fxunststoff
oder einem anderen Material hergestellt und mit den Platten beispielsweise verklebt
werden können. Bei manchen Anwendtlngsfällen kann es dabei zweckmäßig sein, die
Abstandleisten dicker als die hohlen Platten zu machen, so daß die Kanäle des einen
Kanalsystems einen geringeren Querschnitt besitzen als die des anderen Kanalsystems.
Dies kann beispielsweise dann vorteilhaft sein, wenn den Wärmetauscher zwei verschiedene
Medien, beispielsweise ein fllssiges und ein gasförmiges Medium, durchströmen, oder
die austauschenden Medien bzgl. der gewünschten Durchflußmenge verschieden sind.
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Weitere Einzelheiten und Ausgestaltungen der Erfindung sin der folgenden
Beschreibung zu entnehmen, in der die Erfindung an fland der in der Zeichnung dargestellten
Ausführungsbeispiele leschrieben und erläutert wird. Es zeigen: Fig. 1 eine perspektivische
Ansicht eines W-irmetauschers gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel vorliegender
Erfindung;
Fig. 2a und b eine Draufsicht bzw. eine Seitenansicht
eines Wärmetauscherstapels gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel und je Fig. 3a
und b eine Seitenansicht eines Stapelelementes.
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Der erfindungsgemäße Wärmetauscher 11 besteht aus einem rahmenartigen
Gehäuse 12, in welches ein Stapel 13 aus mehreren gemäß Fig. 1 nebeneinander angeordneten,
im wesentlichen ebenen Elementen 14 eingesetzt ist. Der Wärmetauscherstapel 13 besitzt
parallele Kanäle 16 eines ersten Kanalsystems, das sich gemäß Pfeil A. am Wärmetauscher
11 von vorne nach hinten erstreckt, und parallele Kanäle 17 eines zweiten Kanalsystems,
das sich gemäß Pfeil B am Wärmetauscher 11 z.B. von ohen nach unten, also senkrecht
zum ersten Kanalsystem erstreckt. Dabei ist jeweils ein Kanal 16 des ersten Kanalsystems
zwischen zwei Kanälen 17 des zweiten Kanal-und systems umgekehrt angeordnet. Das
Zu- und Abführen des betreffenden Mediums zu bzw. von den Kanälen 16 und 17 erfolgt
hier z.B.
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front- und rückseitig bzw. oben-- und untenseitig, in welchen Bereichen
das rahmenartige Gehäuse 12 offen ist und an welche Bereiche jeweils Leitungskanäle
für das oder die Medien angeflanscht werden können. Die gas- und flüssigkeitsdichte
Trennung der beiden Kanalsysteme an den Längskanten des Stapels 13 erfolgt dadurch,
daß die betreffenden Rahmenschenkl 18 des Gehäuses 12 diese Kanten des Stapels 13
winklig und dicht übergreifen. Zur ausreichenden Festigkeit kann das Gehäuse 12
an den Schmalseiten Versteifungsstäbe 19 besitzen.
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Die zum Aufbau des Wärmetauschers beider Ausführungsformen verwendeten
einzelnen Stapelelemente 14, die handelsübliche, in der Verpackungstechnik verwendete
hohle Ratten aus Kunststoff sein können, die ähnlich der ebenfalls aus der Verpackungstechnik
her bel-anntenWelipappe aufgebaut sind, besitzen zwei im wesentlichen parallele
Wände 21,22, die mlttels im wesentlichen senkrecht zu
ihnen verlaufender
Stege 23 auf gleichm&Rigem Abstand gehalten sind, welche Stege 23 über die Breite
oder Länge der Platte 14 in etwa gleichmäßigem und regelmäßigem Abstand parallel
zueinander verlaufen. Jede hohle Kunststoffplatte 14 besitzt damit mehrere nebeneinander
angeordnete, etwa rechteckförmige Einzelkanäle 24, die zusammen je einen Durchflußkanal
16 des ersten Kanalsystemsbilden. Die wellpappenartige Platte 14 ist aus'einem geeigneten
Kunststoff, beispielsweise PVC , Polyäthylen oder Polyprophylen usw. im Spritz-
oder Strangpressverfahren hergestellt. Der verwendete Kunststoff ist entsprechend
widerstandsfähig und von den den Wärmetauscher 11 durchströmenden Medien nicht angreifbar.
Durch den besonderen, einstückigen, wellpappenartigen Aufbau besitzen die Platten
14 eine ausreichende Eigensteifigkeit in beiden Flächenausdehnungen. Aus den großflächig
hergestellten doppelwandigen Platten können Stapelelemente 14 nahezu beliebigen
Formats geschnitten werden, wobei dann jeweils zwei der Stege 23 die schmalen, parallelen
und den Kanal 16 begrenzenden Seitenwände 26 und 27 bilden. Bei beiden Ausführungsbeispielen
besitzen die Stapelplatten 14 eine Material stärke von etwa 0,2 mm, wobei die Dicke
der Wände 21,22 und die der Stege 23 etwa gleich ist.
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Beim ersten Ausführungsbeispiel der Fig. 1 sind die einzelnen Stapelelemente
14 unmittelbar aneinandergrenzend nebeneinander geschichtet, wobei jedes Stapelelement
gegenüber dem benachbarten um 900 verdreht ist. Es sind also abwechselnd bzw. intermittierend
die einen Stapelelemente 14 so angeordnet, daß ihre Einzelkanäle 24 in Richtung
des Pfeiles A zeigen, und die anderen Stapelelemente 14 so, daß ihre Einzelkanäle
gemäß Pfeil B, also senkrecht dazu gerichtet sind. Die einen Stapelelemente 14 bilden
also die Kanäle 16 des ersten Kanalsystems und die anderen dazwischenliegenden Stapelelemente
14 die Ka-Kanäle 17 des zweiten Kanalsystems. Dabei können die Platten mit ihren
aneinanderliegenden Wänden zumindest punktweise verklebt oder verschweißt werden.
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Beim in den Fig. 2a,b dargestellten anderen Ausführungsteispiel sind
die Stapelelemente 14 nur in einer Richtung angeordnet, also entweder gemäß Pfeil
A oder Pfeil B gerichtet, und zur Bildung beispielsweise des zweiten Kanaistes in
gleichmäßigem Abstand nebeneinander angeordnet. Dabei sind außer einer an einer
Seite des Stapels 13 angeordneten AbschluE-platte 14' alle Stapelelemente 14 an
der Außenseite einer ihrer Wände 21 oder 22 mit zwei hohlen Pandabstandleisten 28
und 29 und ggf. weiteren dazwischen mit gleichmäßigem Abstand versehenen angeordneten
hohlen Abstandleisten 31 verbunden (ein.
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3a,b). Die Abstandleisten 28 und 29 verlaufen nahe denjenigen Rändern
32 und 33 der Elemente 14, von denen die Einzelkanale 24 ausgehen, bzw. an denen
sie enden, also quer zum Kanal 16.
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Sämtliche Abstandleisten 28,29,31 sind aus demselben Kunststoff wie
die Platten 14 gefertigt, besitzen einen etwa rechteckförmigen Querschnitt und sind
mit den Platten 14 gas- und flCissigheitsdicht verklebt oder mitihnen einstückig
hergestellt bzw. stranggepresst. Alle Abstandleisten 28,29,31 verlaufen im wesentlichen
parallel zueinander und über die gesamte Breite der Elemente 14 und sind etwas dicker
als die Stapelplatten 14.
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Die mit den Abstandleisten 28,29,31 versehenen Platten 14 werden also
derart aufeinandergeschichtet, daß sie jeweils zwischen zwei benachbarten Platten
14 angeordnet sind. Die Verbindung zweier aufeinander bzw. nebeneinander liegender
Platten 14 folgt mittels eines Klebe- und Dichtmittels, wobei es ausreicht, wenn
die Randabstandleisten 28 und 29 mit der Oberseite der Wand 21 oder 22 der benachbarten
Platte verklebt sind. Es versteht sich, daß es auch möglich ist, zwischen zwei ebene,
handelsübliche Stapelplatten getrennt vorhandene Abstandleisten zu legen oder auch
nur die Zwischenabstandleisten 31 getrennt einzulegen und die Randabstandleisten
28 und 29 anzuformen. Die getrennten Einzelteile werden dann miteinander gas- und
flüssigkeitsdicht verklebt. Durch die parallel zueiander verlaufenden Abstandleisten
28,29,31
werden zwischen je zwei Platten 14 Einzelkanäle 34 gebildet, die zusammen jeweils
einen Kanal 17 des zweiten Kanalsystems bilden und die quer zu den Einzelkanclen
^4 verlaufen.
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Wesentlich ist, daß die Randabstandsleisten 28 und 29 die Einzelkanäle
bzw. den Durchflußkanal 17 zur Seite hin dicht abschließen wie dies beim Kanal 16
aufgrund der einstückigen Seitenwände 26 und 27 der Fall ist. Dadurch ist auch gewährleistet,
daß die beiden Kanalsysteme voneinander getrennt sind. Da die Abstandleisten 28,29,31
dicker sind als die Stege 23 hoch, besitzen die Einzelkanäle 34 eine größere lichte
Weite als die Einzelkanäle 24. Es vei steht sich, daß diese je nach Anwendungsfall
auch gleich ausgebildet sein können. Gegenüber dem ersten Ausffihrungsheicspiel
sind hier nur halh so viel Stapelplatten notwendig.
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Patentansprüche: